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科研成果

我院韦存虚课题组在淀粉分支酶调控淀粉粒形态建成的机制研究上取得新进展
发布日期:2017-11-16浏览次数:字号:[ ]
 

   近日,国际著名植物生物学期刊《Plant Physiology》在线发表了韦存虚课题组有关淀粉分支酶调控淀粉粒形态建成的研究论文“Gradually decreasing starch branching enzyme expression is responsible for the formation of heterogeneous starch granules”  http://www.plantphysiol.org/content/early/2017/11/13/pp.17.01013)。论文由我院青年教师王娟博士为第一作者,韦存虚教授为通讯作者。该杂志2016年影响因子为6.46,为中科院JCR生物学一区Top期刊。

    当淀粉分支酶(starch branching enzyme, SBE)的表达受到抑制后,谷类作物胚乳中的直链淀粉和抗性淀粉含量显著升高,并具有明显促进人体健康的功能。但伴随直链淀粉含量的升高,胚乳开始形成不同形态的淀粉粒(异形淀粉),并且这种现象在其它淀粉合成相关酶的缺失或突变体中也存在,暗示从胚乳内部到外部,淀粉粒有着不同的合成和调控机制。但有关异形淀粉粒形态建成的机制知之甚少。

    本课题组通过在籼稻品种特青背景下抑制SBEI/IIb基因表达培育了高直链高抗性淀粉水稻TRS。该研究综合采用形态观察、理化分析、生理生化和分子生物学等技术方法,研究了SBE的剂量与淀粉粒形态建成的关系。研究结果表明,特青胚乳从内向外形成多角形的复粒淀粉,但TRS胚乳由内向外形成多角形、聚合体、细长形和中空状等异形淀粉粒。从多角形到中空状淀粉粒,其直链淀粉含量逐渐升高,支链淀粉含量逐渐降低,支链淀粉长侧链比例逐渐增加。这种淀粉分子结构规律性的改变是由于SBE蛋白表达量逐步降低引起的。虽然TRS胚乳中的直链淀粉含量明显升高,但参与其合成的颗粒结合淀粉合成酶GBSSI在胚乳及其四种异形淀粉粒中的蛋白含量、分布及其活性并无差异。本研究认为,从多角形到中空状淀粉粒,其直链淀粉含量的逐步升高主要是由于支链淀粉含量的逐步降低,从而提供更多的物理空间供直链淀粉的积累。当直链淀粉逐步取代支链淀粉成为淀粉粒中的主导者,加上支链淀粉分子结构的改变,共同造成了淀粉粒形态改变。该研究不仅为通过调控淀粉合成相关酶基因表达培育谷物新品种的培育提供重要参考,而且有利于高直链高抗性淀粉谷物的开发和利用。

    该成果由韦存虚教授主持的国家自然科学资金项目高直链淀粉水稻胚乳中空状和细长形淀粉粒的发育和结构特性31270221)和王娟主持的江苏省自然科学基金项目淀粉绑定酶蛋白组合调控高直链淀粉水稻异形淀粉粒的形态BK20160457)资助。

 

 

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